第 3 章 列表简介

第 3 章 列表简介

在本章和下一章中,你将学习列表是什么以及如何使用列表元素。列表让你能够在一个地方存储成组的信息,其中可以只包含几个元素,也可以包含数百万个元素。列表是新手可直接使用的最强大的Python功能之一,它融合了众多重要的编程概念。

3.1 列表是什么

列表由一系列按特定顺序排列的元素组成。你可以创建包含字母表中所有字母、数字0~9或所有家庭成员姓名的列表;也可以将任何东西加入列表中,其中的元素之间可以没有任何关系。鉴于列表通常包含多个元素,给列表指定一个表示复数的名称(如lettersdigitsnames)是个不错的主意。

在Python中,用方括号([])来表示列表,并用逗号来分隔其中的元素。下面是一个简单的列表示例,这个列表包含几种自行车:

bicycles.py

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
print(bicycles)

如果你让Python将列表打印出来,Python将打印列表的内部表示,包括方括号:

['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']

鉴于这不是你要让用户看到的输出,下面来学习如何访问列表元素。

3.1.1 访问列表元素

列表是有序集合,因此要访问列表的任何元素,只需将该元素的位置或索引告诉Python即可。要访问列表元素,可指出列表的名称,再指出元素的索引,并将其放在方括号内。

例如,下面的代码从列表bicycles中提取第一款自行车:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
print(bicycles[0]) ❶

❶处演示了访问列表元素的语法。当你请求获取列表元素时,Python只返回该元素,而不包括方括号和引号:

trek

这正是你要让用户看到的结果——整洁、干净的输出。

你还可以对任何列表元素调用第2章介绍的字符串方法。例如,可使用方法title()让元素'trek'的格式更整洁:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
print(bicycles[0].title())

这个示例的输出与前一个示例相同,只是首字母T是大写的。

3.1.2 索引从0而不是1开始

在Python中,第一个列表元素的索引为0,而不是1。在大多数编程语言中都是如此,这与列表操作的底层实现相关。如果结果出乎意料,请看看你是否犯了简单的差一错误。

第二个列表元素的索引为1。根据这种简单的计数方式,要访问列表的任何元素,都可将其位置减1,并将结果作为索引。例如,要访问第四个列表元素,可使用索引3。

下面的代码访问索引13处的自行车:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
print(bicycles[1])
print(bicycles[3])

这些代码返回列表中的第二个和第四个元素:

cannondale
specialized

Python为访问最后一个列表元素提供了一种特殊语法。通过将索引指定为-1,可让Python返回最后一个列表元素:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
print(bicycles[-1])

这些代码返回'specialized'。这种语法很有用,因为你经常需要在不知道列表长度的情况下访问最后的元素。这种约定也适用于其他负数索引,例如,索引-2返回倒数第二个列表元素,索引-3返回倒数第三个列表元素,以此类推。

3.1.3 使用列表中的各个值

可像使用其他变量一样使用列表中的各个值。例如,你可以使用拼接根据列表中的值来创建消息。

下面来尝试从列表中提取第一款自行车,并使用这个值来创建一条消息:

bicycles = ['trek', 'cannondale', 'redline', 'specialized']
message = "My first bicycle was a " + bicycles[0].title() + "." ❶

print(message)

我们使用bicycles[0]的值生成了一个句子,并将其存储在变量message中(见❶)。输出是一个简单的句子,其中包含列表中的第一款自行车:

My first bicycle was a Trek.

动手试一试

请尝试编写一些简短的程序来完成下面的练习,以获得一些使用Python列表的第一手经验。你可能需要为每章的练习创建一个文件夹,以整洁有序的方式存储为完成各章的练习而编写的程序。

3-1 姓名:将一些朋友的姓名存储在一个列表中,并将其命名为names。依次访问该列表中的每个元素,从而将每个朋友的姓名都打印出来。

3-2 问候语:继续使用练习3-1中的列表,但不打印每个朋友的姓名,而为每人打印一条消息。每条消息都包含相同的问候语,但抬头为相应朋友的姓名。

3-3 自己的列表:想想你喜欢的通勤方式,如骑摩托车或开汽车,并创建一个包含多种通勤方式的列表。根据该列表打印一系列有关这些通勤方式的宣言,如“I would like to own a Honda motorcycle”。

3.2 修改、添加和删除元素

你创建的大多数列表都将是动态的,这意味着列表创建后,将随着程序的运行增删元素。例如,你创建一个游戏,要求玩家射杀从天而降的外星人;为此,可在开始时将一些外星人存储在列表中,然后每当有外星人被射杀时,都将其从列表中删除,而每次有新的外星人出现在屏幕上时,都将其添加到列表中。在整个游戏运行期间,外星人列表的长度将不断变化。

3.2.1 修改列表元素

修改列表元素的语法与访问列表元素的语法类似。要修改列表元素,可指定列表名和要修改的元素的索引,再指定该元素的新值。

例如,假设有一个摩托车列表,其中的第一个元素为'honda',如何修改它的值呢?

motorcycles.py

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ❶
print(motorcycles)

motorcycles[0] = 'ducati' ❷
print(motorcycles)

我们首先定义一个摩托车列表,其中的第一个元素为'honda'(见❶)。接下来,我们将第一个元素的值改为'ducati'(见❷)。输出表明,第一个元素的值确实变了,但其他列表元素的值没变:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']
['ducati', 'yamaha', 'suzuki']

你可以修改任何列表元素的值,而不仅仅是第一个元素的值。

3.2.2 在列表中添加元素

你可能出于众多原因要在列表中添加新元素,例如,你可能希望游戏中出现新的外星人、添加可视化数据或给网站添加新注册的用户。Python提供了多种在既有列表中添加新数据的方式。

1. 在列表末尾添加元素

在列表中添加新元素时,最简单的方式是将元素附加到列表末尾。给列表附加元素时,它将添加到列表末尾。继续使用前一个示例中的列表,在其末尾添加新元素'ducati'

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles)

motorcycles.append('ducati') ❶
print(motorcycles)

方法append()将元素'ducati'添加到了列表末尾(见❶ ),而不影响列表中的其他所有元素:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']
['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']

方法append()让动态地创建列表易如反掌,例如,你可以先创建一个空列表,再使用一系列的append()语句添加元素。下面来创建一个空列表,再在其中添加元素'honda''yamaha''suzuki'

motorcycles = []

motorcycles.append('honda')
motorcycles.append('yamaha')
motorcycles.append('suzuki')

print(motorcycles)

最终的列表与前述示例中的列表完全相同:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']

这种创建列表的方式极其常见,因为经常要等程序运行后,你才知道用户要在程序中存储哪些数据。为控制用户,可首先创建一个空列表,用于存储用户将要输入的值,然后将用户提供的每个新值附加到列表中。

2. 在列表中插入元素

使用方法insert()可在列表的任何位置添加新元素。为此,你需要指定新元素的索引和值。

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

motorcycles.insert(0, 'ducati') ❶
print(motorcycles)

在这个示例中,值'ducati'被插入到了列表开头(见❶);方法insert()在索引0处添加空间,并将值'ducati'存储到这个地方。这种操作将列表中既有的每个元素都右移一个位置:

['ducati', 'honda', 'yamaha', 'suzuki']

3.2.3 从列表中删除元素

你经常需要从列表中删除一个或多个元素。例如,玩家将空中的一个外星人射杀后,你很可能要将其从存活的外星人列表中删除;当用户在你创建的Web应用中注销其账户时,你需要将该用户从活跃用户列表中删除。你可以根据位置或值来删除列表中的元素。

1. 使用del语句删除元素

如果知道要删除的元素在列表中的位置,可使用del语句。

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles)

del motorcycles[0] ❶
print(motorcycles)

❶ 处的代码使用del删除了列表motorcycles中的第一个元素——'honda'

['honda', 'yamaha', 'suzuki']
['yamaha', 'suzuki']

使用del可删除任何位置处的列表元素,条件是知道其索引。下例演示了如何删除前述列表中的第二个元素——'yamaha'

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles)

del motorcycles[1]
print(motorcycles)

下面的输出表明,已经将第二款摩托车从列表中删除了:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']
['honda', 'suzuki']

在这两个示例中,使用del语句将值从列表中删除后,你就无法再访问它了。

2. 使用方法pop()删除元素

有时候,你要将元素从列表中删除,并接着使用它的值。例如,你可能需要获取刚被射杀的外星人的 xy 坐标,以便在相应的位置显示爆炸效果;在Web应用程序中,你可能要将用户从活跃成员列表中删除,并将其加入到非活跃成员列表中。

方法pop()可删除列表末尾的元素,并让你能够接着使用它。术语弹出(pop)源自这样的类比:列表就像一个栈,而删除列表末尾的元素相当于弹出栈顶元素。

下面从列表motorcycles中弹出一款摩托车:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki'] ❶
print(motorcycles)

popped_motorcycle = motorcycles.pop() ❷
print(motorcycles) ❸
print(popped_motorcycle) ❹

我们首先定义并打印了列表motorcycles(见❶)。接下来,我们从这个列表中弹出一个值,并将其存储到变量popped_motorcycle中(见❷)。然后我们打印这个列表,以核实从其中删除了一个值(见❸)。最后,我们打印弹出的值,以证明我们依然能够访问被删除的值(见❹)。

输出表明,列表末尾的值'suzuki'已删除,它现在存储在变量popped_motorcycle中:

['honda', 'yamaha', 'suzuki']
['honda', 'yamaha']
suzuki

方法pop()是怎么起作用的呢?假设列表中的摩托车是按购买时间存储的,就可使用方法pop()打印一条消息,指出最后购买的是哪款摩托车:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

last_owned = motorcycles.pop()
print("The last motorcycle I owned was a " + last_owned.title() + ".")

输出是一个简单的句子,指出了最新购买的是哪款摩托车:

The last motorcycle I owned was a Suzuki.

3. 弹出列表中任何位置处的元素

实际上,你可以使用pop()来删除列表中任何位置的元素,只需在括号中指定要删除的元素的索引即可。

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']

first_owned = motorcycles.pop(0) ❶
print('The first motorcycle I owned was a ' + first_owned.title() + '.') ❷

首先,我们弹出了列表中的第一款摩托车(见❶),然后打印了一条有关这辆摩托车的消息(见❷)。输出是一个简单的句子,描述了我购买的第一辆摩托车:

The first motorcycle I owned was a Honda.

别忘了,每当你使用pop()时,被弹出的元素就不再在列表中了。

如果你不确定该使用del语句还是pop()方法,下面是一个简单的判断标准:如果你要从列表中删除一个元素,且不再以任何方式使用它,就使用del语句;如果你要在删除元素后还能继续使用它,就使用方法pop()

4. 根据值删除元素

有时候,你不知道要从列表中删除的值所处的位置。如果你只知道要删除的元素的值,可使用方法remove()

例如,假设我们要从列表motorcycles中删除值'ducati'

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']
print(motorcycles)

motorcycles.remove('ducati') ❶
print(motorcycles)

❶ 处的代码让Python确定'ducati'出现在列表的什么地方,并将该元素删除:

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']
['honda', 'yamaha', 'suzuki']

使用remove()从列表中删除元素时,也可接着使用它的值。下面删除值'ducati',并打印一条消息,指出要将其从列表中删除的原因:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati'] ❶
print(motorcycles)

too_expensive = 'ducati' ❷
motorcycles.remove(too_expensive) ❸
print(motorcycles)
print("\nA " + too_expensive.title() + " is too expensive for me.") ❹

在❶处定义列表后,我们将值'ducati'存储在变量too_expensive中(见❷)。接下来,我们使用这个变量来告诉Python将哪个值从列表中删除(见❸)。最后,值'ducati'已经从列表中删除,但它还存储在变量too_expensive中(见❹),让我们能够打印一条消息,指出将'ducati'从列表motorcycles中删除的原因:

['honda', 'yamaha', 'suzuki', 'ducati']
['honda', 'yamaha', 'suzuki']

A Ducati is too expensive for me.

>

注意 方法remove()只删除第一个指定的值。如果要删除的值可能在列表中出现多次,就需要使用循环来判断是否删除了所有这样的值。你将在第7章学习如何这样做。

 

动手试一试

下面的练习比第2章的练习要复杂些,但让你有机会以前面介绍过的各种方式使用列表。

3-4 嘉宾名单:如果你可以邀请任何人一起共进晚餐(无论是在世的还是故去的),你会邀请哪些人?请创建一个列表,其中包含至少3个你想邀请的人;然后,使用这个列表打印消息,邀请这些人来与你共进晚餐。

3-5 修改嘉宾名单:你刚得知有位嘉宾无法赴约,因此需要另外邀请一位嘉宾。

  • 以完成练习3-4时编写的程序为基础,在程序末尾添加一条print语句,指出哪位嘉宾无法赴约。

  • 修改嘉宾名单,将无法赴约的嘉宾的姓名替换为新邀请的嘉宾的姓名。

  • 再次打印一系列消息,向名单中的每位嘉宾发出邀请。

3-6 添加嘉宾:你刚找到了一个更大的餐桌,可容纳更多的嘉宾。请想想你还想邀请哪三位嘉宾。

  • 以完成练习3-4或练习3-5时编写的程序为基础,在程序末尾添加一条print语句,指出你找到了一个更大的餐桌。

  • 使用insert()将一位新嘉宾添加到名单开头。

  • 使用insert()将另一位新嘉宾添加到名单中间。

  • 使用append()将最后一位新嘉宾添加到名单末尾。

  • 打印一系列消息,向名单中的每位嘉宾发出邀请。

3-7 缩减名单:你刚得知新购买的餐桌无法及时送达,因此只能邀请两位嘉宾。

  • 以完成练习3-6时编写的程序为基础,在程序末尾添加一行代码,打印一条你只能邀请两位嘉宾共进晚餐的消息。

  • 使用pop()不断地删除名单中的嘉宾,直到只有两位嘉宾为止。每次从名单中弹出一位嘉宾时,都打印一条消息,让该嘉宾知悉你很抱歉,无法邀请他来共进晚餐。

  • 对于余下的两位嘉宾中的每一位,都打印一条消息,指出他依然在受邀人之列。

  • 使用del将最后两位嘉宾从名单中删除,让名单变成空的。打印该名单,核实程序结束时名单确实是空的。

3.3 组织列表

在你创建的列表中,元素的排列顺序常常是无法预测的,因为你并非总能控制用户提供数据的顺序。这虽然在大多数情况下都是不可避免的,但你经常需要以特定的顺序呈现信息。有时候,你希望保留列表元素最初的排列顺序,而有时候又需要调整排列顺序。Python提供了很多组织列表的方式,可根据具体情况选用。

3.3.1 使用方法sort()对列表进行永久性排序

Python方法sort()让你能够较为轻松地对列表进行排序。假设你有一个汽车列表,并要让其中的汽车按字母顺序排列。为简化这项任务,我们假设该列表中的所有值都是小写的。

cars.py

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
cars.sort() ❶
print(cars)

方法sort()(见❶)永久性地修改了列表元素的排列顺序。现在,汽车是按字母顺序排列的,再也无法恢复到原来的排列顺序:

['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota']

你还可以按与字母顺序相反的顺序排列列表元素,为此,只需向sort()方法传递参数reverse=True。下面的示例将汽车列表按与字母顺序相反的顺序排列:

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
cars.sort(reverse=True)
print(cars)

同样,对列表元素排列顺序的修改是永久性的:

['toyota', 'subaru', 'bmw', 'audi']

3.3.2 使用函数sorted()对列表进行临时排序

要保留列表元素原来的排列顺序,同时以特定的顺序呈现它们,可使用函数sorted()。函数sorted()让你能够按特定顺序显示列表元素,同时不影响它们在列表中的原始排列顺序。

下面尝试对汽车列表调用这个函数。

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

print("Here is the original list:") ❶
print(cars)

print("\nHere is the sorted list:") ❷
print(sorted(cars))

print("\nHere is the original list again:") ❸
print(cars)

我们首先按原始顺序打印列表(见❶),再按字母顺序显示该列表(见❷)。以特定顺序显示列表后,我们进行核实,确认列表元素的排列顺序与以前相同(见❸)。

Here is the original list:
['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

Here is the sorted list:
['audi', 'bmw', 'subaru', 'toyota']

Here is the original list again: ❹
['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']

注意,调用函数sorted()后,列表元素的排列顺序并没有变(见❹)。如果你要按与字母顺序相反的顺序显示列表,也可向函数sorted()传递参数reverse=True

注意 在并非所有的值都是小写时,按字母顺序排列列表要复杂些。决定排列顺序时,有多种解读大写字母的方式,要指定准确的排列顺序,可能比我们这里所做的要复杂。然而,大多数排序方式都基于本节介绍的知识。

3.3.3 倒着打印列表

要反转列表元素的排列顺序,可使用方法reverse()。假设汽车列表是按购买时间排列的,可轻松地按相反的顺序排列其中的汽车:

cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
print(cars)

cars.reverse()
print(cars)

注意,reverse()不是指按与字母顺序相反的顺序排列列表元素,而只是反转列表元素的排列顺序:

['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
['subaru', 'toyota', 'audi', 'bmw']

方法reverse()永久性地修改列表元素的排列顺序,但可随时恢复到原来的排列顺序,为此只需对列表再次调用reverse()即可。

3.3.4 确定列表的长度

使用函数len()可快速获悉列表的长度。在下面的示例中,列表包含4个元素,因此其长度为4:

>>> cars = ['bmw', 'audi', 'toyota', 'subaru']
>>> len(cars)
4

在你需要完成如下任务时,len()很有用:确定还有多少个外星人未被射杀,需要管理多少项可视化数据,网站有多少注册用户等。

注意 Python计算列表元素数时从1开始,因此确定列表长度时,你应该不会遇到差一错误。

 

动手试一试

3-8 放眼世界:想出至少5个你渴望去旅游的地方。

  • 将这些地方存储在一个列表中,并确保其中的元素不是按字母顺序排列的。

  • 按原始排列顺序打印该列表。不要考虑输出是否整洁的问题,只管打印原始Python列表。

  • 使用sorted()按字母顺序打印这个列表,同时不要修改它。

  • 再次打印该列表,核实排列顺序未变。

  • 使用sorted()按与字母顺序相反的顺序打印这个列表,同时不要修改它。

  • 再次打印该列表,核实排列顺序未变。

  • 使用reverse()修改列表元素的排列顺序。打印该列表,核实排列顺序确实变了。

  • 使用reverse()再次修改列表元素的排列顺序。打印该列表,核实已恢复到原来的排列顺序。

  • 使用sort()修改该列表,使其元素按字母顺序排列。打印该列表,核实排列顺序确实变了。

  • 使用sort()修改该列表,使其元素按与字母顺序相反的顺序排列。打印该列表,核实排列顺序确实变了。

3-9 晚餐嘉宾:在完成练习3-4~练习3-7时编写的程序之一中,使用len()打印一条消息,指出你邀请了多少位嘉宾来与你共进晚餐。

3-10 尝试使用各个函数:想想可存储到列表中的东西,如山岳、河流、国家、城市、语言或你喜欢的任何东西。编写一个程序,在其中创建一个包含这些元素的列表,然后,对于本章介绍的每个函数,都至少使用一次来处理这个列表。

3.4 使用列表时避免索引错误

刚开始使用列表时,经常会遇到一种错误。假设你有一个包含三个元素的列表,却要求获取第四个元素:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles[3])

这将导致索引错误

Traceback (most recent call last):
  File "motorcycles.py", line 3, in <module>
    print(motorcycles[3])
IndexError: list index out of range

Python试图向你提供位于索引3处的元素,但它搜索列表motorcycles时,却发现索引3处没有元素。鉴于列表索引差一的特征,这种错误很常见。有些人从1开始数,因此以为第三个元素的索引为3;但在Python中,第三个元素的索引为2,因为索引是从0开始的。

索引错误意味着Python无法理解你指定的索引。程序发生索引错误时,请尝试将你指定的索引减1,然后再次运行程序,看看结果是否正确。

别忘了,每当需要访问最后一个列表元素时,都可使用索引-1。这在任何情况下都行之有效,即便你最后一次访问列表后,其长度发生了变化:

motorcycles = ['honda', 'yamaha', 'suzuki']
print(motorcycles[-1])

索引-1总是返回最后一个列表元素,这里为值'suzuki'

'suzuki'

仅当列表为空时,这种访问最后一个元素的方式才会导致错误:

motorcycles = []
print(motorcycles[-1])

列表motorcycles不包含任何元素,因此Python返回一条索引错误消息:

Traceback (most recent call last):
  File "motorcyles.py", line 3, in <module>
    print(motorcycles[-1])
IndexError: list index out of range

注意 发生索引错误却找不到解决办法时,请尝试将列表或其长度打印出来。列表可能与你以为的截然不同,在程序对其进行了动态处理时尤其如此。通过查看列表或其包含的元素数,可帮助你找出这种逻辑错误。

 

动手试一试

3-11 有意引发错误:如果你还没有在程序中遇到过索引错误,就尝试引发一个这种错误。在你的一个程序中,修改其中的索引,以引发索引错误。关闭程序前,务必消除这个错误。

3.5 小结

在本章中,你学习了:列表是什么以及如何使用其中的元素;如何定义列表以及如何增删元素;如何对列表进行永久性排序,以及如何为展示列表而进行临时排序;如何确定列表的长度,以及在使用列表时如何避免索引错误。

在第4章,你将学习如何以更高效的方式处理列表元素。通过使用为数不多的几行代码来遍历列表元素,你就能高效地处理它们,即便列表包含数千乃至数百万个元素。

目录

  • 版权声明
  • 献辞
  • 前言
  • 致谢
  • 第一部分 基础知识
  • 第 1 章 起步
  • 第 2 章 变量和简单数据类型
  • 第 3 章 列表简介
  • 第 4 章 操作列表
  • 第 5 章 if语句
  • 第 6 章 字典
  • 第 7 章 用户输入和while循环
  • 第 8 章 函数
  • 第 9 章 类
  • 第 10 章 文件和异常
  • 第 11 章 测试代码
  • 第二部分 项目
  • 项目1 外星人入侵
  • 第 12 章 武装飞船
  • 第 13 章 外星人
  • 第 14 章 记分
  • 项目2 数据可视化
  • 第 15 章 生成数据
  • 第 16 章 下载数据
  • 第 17 章 使用API
  • 项目3 Web应用程序
  • 第 18 章 Django入门
  • 第 19 章 用户账户
  • 第 20 章 设置应用程序的样式并对其进行部署
  • 附录A 安装Python
  • 附录B 文本编辑器
  • 附录C 寻求帮助
  • 附录D 使用Git进行版本控制
  • 后记